Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

98 — Forschung Lehrstuhl für Theorie korrelierter Quantensysteme in intensiven Feldern Prof. Dr. Stephan Fritzsche Forschungsschwerpunkte      Atomphysikalische Methoden helfen seit vielen Jah- ren, die Wechselwirkung und das Verhalten hochge- ladener Ionen besser zu verstehen. In diesen Ionen bewegen sich die Elektronen in sehr starken (Cou- lomb-) Feldern und mit zum Licht vergleichbaren Geschwindigkeiten. Diese Ionen helfen u.a. daher auch, die Isotopenkarte der Kernphysik, eine Tafel aller bekannten Nuklide und deren Eigenschaften, hin zu schweren Elementen weiter zu vervollständi- gen. Für die Kernphysiker besitzt diese Isotopentafel einen ähnlichen hohen Stellenwert wie ansonsten nur das gut bekannte Periodensystem der Elemente. Neben der Vermessung der Grundzustandseigen- schaften der Isotope sind solche Methoden nützlich, um z.B. Informationen über die Anregung und den Zerfall isomerer Zustände zu gewinnen. Ein bislang unbeachteter Anregungs- und Zer- fallsmechanismus, der auf dem Zweiphotonenzerfall angeregter Atome und Ionen beruht, könnte künftig bei der Untersuchung isomerer Kernzustande helfen. Dieser sogenannte NETP-Process ( nuclear excitation by two-photon electron transitions ) ist schematisch in Abb. 1 dargestellt. Erste konkrete Rechnungen wur- den in unserer Gruppe für den 1s2s 1 S 0 → 1s 2 1 S 0 Forschungsprojekt 1: Licht-Materie-Wechselwirkung in hochgeladenen Ionen E1E1 Zweiphotonenzerfall helium-ähnlicher 225 Ac 78+ Ionen durchgeführt, die bei ω ES = 40.09(5) keV eine bekannte 3/2 + Kernresonanz besitzen. Die Wahr- scheinlichkeit solcher (resonanten) Kernanregungen beträgt dabei etwa P NETP = 3.5 × 10 -9 und ist groß ge- nug, um diesen Zerfallsmechanismus experimentell nachzuweisen und evtl. auf noch unbekannte Kern- zustände übertragen zu können. Dazu werden an der GSI gegenwärtig erste Experimente vorbereitet, um diesen bislang noch nicht beobachteten Prozess tatsächlich nachweisen zu können. Ivanov I.P, Seipt D., Surzhykov A. and Fritzsche S. (2016): Double-slit experiment in momentum space; Eur. Phys. Lett. 115 , 41001, DOI: 10.1209/0295-5075/115/41001 Volotka A.V., Surzhykov A., Trotsenko S., et al. (2016) Nuclear excitati- on by two-photon electron transition , Phys. Rev. Lett. 117 , 243001, DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.243001 Wu Z.W., Volotka A.V., Surzhykov A. and Fritzsche S. (2017); Angle- resolved x-ray spectroscopic scheme to determine overlapping hyper- fine splittings in highly charged heliumlike ions; Phys. Rev. A 96 , 012503, DOI: 10.1103/PhysRevA.96.012503 Siek F., Neb S, Bartz P., et al. (2017): Angular momentum-induced de- ays in solid-state photoemission enhanced by intra-atomic interac- tions; Science 357 , 1274, DOI 10.1126/science.aam9598 Abb. 1. Darstellung der Einzelschritte beim NETP Prozess. Ein gezielt angeregter elektronischer Anfangszustand (i), in dem der Kern im Grundzustand ist (links), zerfällt unter der Emission eines Photons γ 1 in den Grundzustand der Elektronenhülle (f) und einen nun angeregten Kernzustand (Mitte). Dieser angeregte Kernzustand geht dann verzö- gert ebenfalls in den Grundzustand über (rechts), wobei das Fluoreszenzphoton γ 2 abgestrahlt wird; aus Volotka et al. (2016)